کاربردهای واترجت عبارتند از :

          ساختمان: ساخت الگوهای تزيينی از سنگ های ساختمانی ، ساخت پلاک و حروف فلزی يا سنگی ، برش قطعات تزيينی سراميک

          صنايع: ساخت چرخدنده های دقيق و ساير قطعات دقيق صنعتی. ساخت قطعاتی از فوم و لاستيک با دقت بالا.

          طراحان: ساخت اشکال و طرح های پيچيده زينتی در جواهرسازی، مجسمه سازی و ساخت آينه

          ساير موارد: برش شکلات، برش پارچه و ...

مزايای استفاده از واترجت ها

هم واترجت و هم ليزر قادرند فلزات و ديگر مواد را برش دهند. وليكن دستگاه‌هاي واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌هاي ليزر مي‌باشند و عملاً دستگاه‌هاي واترجت برتر از ماشين‌هاي برش معمولي مي‌باشند.

چرا تعداد زيادي از مردم به خريد دستگاه‌هاي واترجت روي آورده‌اند، زيرا: چون مي‌توانند سريع برنامه‌ريزي كرده و در مدت كوتاهي پول‌دار شده و سود زيادي عايدشان شود. همچنين مي‌توانند سريعاً دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را چك كنند آنها از ابزار دستگاه خيلي تعريف مي‌كنند. چونكه ابزار، هم در ماشينكاري اوليه و هم در ماشينكاري ثانويه (نهايي) يكي است و نيازي به تغيير ابزار نمي‌شود. سرعت ساخت قطعات بسيار بالا و خارج از تصور مي‌باشد. اين روش باعث ايجاد اثرات حرارتي روي قطعه نمي‌شود. آنها مي‌توانند هزينه خريد دستگاه را در مدت كوتاهي تامين نمايند. شما قبلاً عبارات واترجت و جت مواد ساينده را شنيده‌ايد، اين مهم است كه بدانيد جهت مواد ساينده همان واترجت نمي‌باشد، اگرچه خيلي به هم شبيه هستند. تكنولوژي جت‌آب به حدود 20 سال پيش برمي‌گردد و جت مواد ساينده حدوداً 10 سال بعد به وجود آمد. اساس هر دو روش مبتني بر افزايش فشار آب تا حد خيلي زياد و خروج آب از يك روزنه كوچك به خارج مي‌باشد. سيستم واترجت از يك باريكه آب استفاده مي‌كند كه از دهانه (orifice) خارج مي‌شود و مي‌تواند مواد نرمي از قبيل پارچه و مقوا را برش دهد و ليكن نمي‌تواند مواد سخت‌تري را برش‌كاري كند. آب در دهانه ورودي از 20 تا 55 هزار پوند بر اينچ مربع تحت فشار قرار مي‌گيرد، سپس از دهانه (jewel) كه قطر آن به طور نمونه 015/0-010/0 اينچ مي‌باشد. با فشار خارج مي‌شود و در سيستم جت مواد ساينده، مواد ساينده به جت‌آب افزوده شده تا بتواند مواد سخت‌تر را نيز برش دهد. سرعت خيلي زياد جت آب باعث ايجاد خلاء شده و مواد ساينده را به داخل نازل مكش مي‌كند. اغلب مردم زماني كه منظورشان جت ساينده است، به غلط اصطلاح واترجت را به كار مي‌برند. يك مجموعه كامل نازل واترجت حدود 500 تا 1000 دلار مي‌باشد در صورتي كه نازل جت سازنده حدود 800 تا 2000 دلار هزينه در بر دارد. هزينه عملياتي جت مواد ساينده به خاطر سايش تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب و همچنين به خاطر مصرف مواد ساينده نسبت به واترجت خيلي زياد است.

 تنها محدوديت جت‌آب نازل‌هاي آن مي‌باشد و jewel داراي سوراخ بسيار ريزي بوده كه آب با فشار از آن به بيرون پاشيده مي‌شود. Jewel ممكن است ترك برداشته و يا در اثر رسوب در آن مسدود شدن دهانه ياقوتي نازل در اثر ورود مواد زائد و گرد و كثافت در دهانه ورودي آب (inlet water) مي‌باشد و مي‌توان براحتي و با استفاده از يك فيلتراسيون مناسب از بروز چنين مواردي جلوگيري نمود. رسوبات در اثر مواد معدني موجود در آب نيز ممكن است پديد آيد. Jewelها را مي‌توان در مدت كوتاهي حدود 2 تا 10 دقيقه تعويض نمود. همچنين قيمت بالايي نداشته و حدود 5 تا 50 دلار مي‌باشد، البته نازل‌هاي الماسه نيز وجود دارند وليكن قيمت آنها حدود 200 دلار مي‌باشد و همچنين ساخت آنها نيز مشكل‌تر از نازل‌هاي ياقوتي مي‌باشد. ابعاد و شكل هندسي دهانه نازل در نحوه عملكرد آن تاثير بسيار مهمي داشته و در مورد نازل‌هاي الماسي تامين اين دقت و تلرانس كمي مشكل و هزينه‌بر مي‌باشد. ماشین آلات صنعتی ، ابزار یراق

محدوديت‌هاي موجود در مورد نازل‌هاي مربوط به جت مواد ساينده

نازل‌هاي جت مواد ساينده علاوه بر طرح ساده‌اي كه دارند گاه‌گاهي ايجاد مشكلاتي نيز مي‌كنند. طرح‌هاي گوناگوني ساخته شده‌اند ولي همگي در بروز يكسري مشكلات مشترك هستند.

تيوپ مخلوط‌كننده يك قطعه و مجموعه گران‌قيمت بوده و به علت سايش در اثر مواد ساينده داراي عمر كوتاهي نيز مي‌باشد. همانطوري كه گفته شد، جت مواد ساينده قادر است هر چيزي را برش دهد و اين توانايي بالايي فرسايش و در نتيچه آن برش مسير عبور و تيوپ مخلوط‌كننده را نيز تحت تاثير قرار مي‌دهد و همين مسئله در افزايش قيمت نهايي قطعه توليدي تاثير مي‌گذارد.

از ديگر مشكلات موجود در مورد دستگاه‌هاي جت مواد ساينده اين است كه تيوپ مخلوط‌كننده به هميشه بلكه گاه‌گاهي مسدود مي‌شود. معمولاً علت اين امر در اثر مواد زايد و كثيف (dirt) و همچنين دانه‌هاي مواد ساينده كه از اندازه استاندارد بزرگ‌تر باشند نيز حاصل مي‌شود.

مزاياي ماشين‌كاري با جت مواد ساينده

برنامه‌‌ريزي و تنظيم فوق‌العاده سريع

در اين فرآيند نيازي به تغيير ابزار جهت كارهاي مختلف نمي‌باشد، برعكس ديگر دستگاه‌هاي ماشين‌كاري كه حتي براي تعويض ابزار نير بايد براي دستگاه برنامه‌ريزي كرد. تنها برنامه‌ريزي لازم براي انجام عمليات ارائه نقشه قطعه به دستگاه مي‌باشد و اگر مشتري نقشه قطعه كار را روي يك ديسكت به شما تحويل دهد، نصف كار انجام شده است و اين به اين معني است كه شما در توليدات كم و حتي تك‌سازي هم مي‌توانيد سود قابل توجهي ببريد.

براي اغلب كارها نياز به فيكسچر خيلي كمي نياز است

براي مواد تخت مي‌توان پس از قرار دادن آنها روي ميزكار با قراردادن دو وزنه 10 پوندي روي آن قطعه كار را فيكس نمود و براي قطعات كوچك مي‌تواند با استفاده از رويندهاي كوچك، كار را محكم نمود.

امكان ماشين‌كاري تقريباً هر قطعه (شكل) دو بعدي و برخي از قطعات (اشكال) سه بعدي

امكان ماشين‌كاري شعاع‌ها و گوشه‌هاي داخلي با شعاع كم، امكان ساخت فلانج كاربراتور با سوراخ‌ها و همه چيزهاي لازم آن. برخي از دستگاه‌هاي فوق‌العاده پيشرفته قادر به ماشين‌كاري سه بعدي مي‌باشند. ماشين‌كاري سه بعدي نيازمند و مستلزم دقت زيادي مي‌باشد. به همين دليل ماشين‌كاري سه بعدي صرفاً جهت كاربردهاي خاص به كار مي‌رود.

به هر حال ماشين‌كاري جت مواد ساينده داراي توانمندي فوق‌العاده در توليد اشكال دو بعدي است و ليكن در مورد اشكال سه بعدي داراي محدوديت‌هايي مي‌باشد.

اعمال نيروي جانبي بسيار كم به قطعه حين ماشين‌كاري

بدين معني كه شما مي‌توانيد با اطمينان قطعاتي كه ضخامت ديواره آنها به كوچكي 0025/0 اينچ باشد را به راحتي و بدون تركيدگي و يا حتي لب‌پريدگي، ماشين‌كاري كنيد. همچنين پايين بودن زياد ميزان نيروي جانبي برش اين امكان را فراهم مي‌كند تا بتوان اشكال لانه زنبوري و تو در تو توليد نموده و با اين كار را از متريال حداكثر استفاده را كرد.

اغلب هيچ گونه گرمايي روي قطعه كار ايجاد نمي‌شود.شما مي‌توانيد قطعه كار را ماشين‌كاري كنيد. بدون ايجاد افزايش دما و سخت شدن قطعه كار و بدون توليد دودهاي سمي، بدون ايجاد پيچيدگي در قطعه كار، و بدون توليد دودهاي سمي، و بدون ايجاد پيچيدگي در قطعه كار.

شما مي‌توانيد قطعاتي را كه قبلاً سخت‌كاري شده‌اند و عمليات حرارتي بر روي آنها انجام شده است را به راحتي ماشين‌كاري كنيد. در ايجاد سوراخ بر روي فولاد به ضخامت 2 اينچ حداكثر دماي قطعه كار به 120 درجه فارنهايت مي‌رسد و ليكن ماشين‌كاري بر روي ديگر قطعات در دماي اتاق انجام مي‌شود.

نيازي به ايجاد سوراخ اوليه نمي‌شود:

بر خلاف ماشين‌كاري با وايركات كه نياز به ايجاد سوراخ اوليه مي‌باشد در اين روش نيازي به ايجاد سوراخ اوليه نمي‌باشد.

محدوديت مشخصي براي ضخامت معلوم نمي‌باشد و ليكن سرعت برش تابعي از ضخامت قطعه كار مي‌باشد.

عدم آسيب‌رساني به محيط

شما مي‌توانيد از مواد ساييده شده قرمز رنگ كه از garnet بجاي مانده است جهت تزئين باغچه استفاده كنيد حتي اگر شما مي‌خواهيد قطعات زيادي از جنس مواد خطرناك از قبيل سرب و … را ماشين‌كاري كنيد، اين مهم است كه مقدار خيلي كمي از ماده برداشته مي‌شود. اين خود در حفاظت محيط‌زيست موثر است.

باقي مانده مواد خام نيز قابل استفاده است

هنگام ماشين‌كاري قطعات گران‌قيمت از قبيل تييانيوم، باقي مانده ماده خام نيز ارزشمند است زير عرض برش اين فرآيند كوچك بوده و پس از توليد قطعه اصلي، مي‌توان از مواد باقي مانده مجدداً قطعات ديگري توليد نمود.

تنها و تنها فقط به يك ابزار نياز است

در اين روش نيازي به تغيير ابزار نمي‌باشد و حتي نيازي به برنامه‌ريزي جهت تغيير ابزار نمي‌باشد. برنامه‌ريزي و تنظيم دستگاه و تميز كردن نيز زمان زيادي نمي‌برد، از اين رو در اين روش سرعت توليد و بهره‌وري خيلي زياد است.

عمر نازل برش‌كاري

به اشتباه خيال مي‌شود كه عمر نازل خيلي مهم و حساس است و اين در حالي است كه عمر قسمت نازل دستگاه اهميت آن چناني ندارد و آنچه كه مهم است عمر تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب است.

Orifice يا jewelها ارزان هستند و اصلاً قابل قياس با تيوپ اختلاط نمي‌باشد. Jewelها (قسمت نازل يا دهانه خروجي آب است كه از جنس لعل يا ياقوت مي‌باشد) تقريباً ارزان و حدود 15 تا 50 دلار مي‌باشند و اين در حالي است كه قيمت تيوپ مخلوط‌كننده 100 تا 200 دلار مي‌باشد. Jewelها نوعاً در اثر رسوبات معدني موجود در آب آسيب مي‌بينند كه البته اين رسوبات قابل برداشت مي‌باشند. Jewel از جنس ياقوت قرمز و آبي تقريباً يكسان هستند و تفاوتشان فقط در رنگشان است. علت رنگ قرمز rubyها به علت درصد بالاي كرم موجود در آنها بوده و در مقابل sapphireها علت رنگ آبي، درصد بالاي آهن موجود در آنها است وليكن هر دو سنگ ياقوت معدني مي‌باشند. اما اگر هنوز عمر مفيد نازل براي شما خيلي مهم است مي‌توانيد بجاي نازل از جنس ياقوت قرمز يا آبي، از نازل الماسه استفاده كنيد ولي بهتر است فعلاً از يك سامانه مناسب فيلتراسيون آب استفاده كنيد.

مدت كاركرد مفيد تيوب مخلوط‌كننده چقدر است؟

براي روشن شدن موضوع بدانيد استفاده از يك تيوب مخلوط‌كننده كهنه و آسيب ديده در اثر كاركرد مانند بكارگيري يك تيغچه الماسه كند شده مي‌باشد. اين مشكل است كه بگوييم چه وقت يك تيوب كاملاً آسيب ديده و قابل كاربرد نمي‌باشد. اما اين مهم است كه ساييدگي در تيوب باعث كاهش كارآيي ماشين‌كاري مي‌گردد. براي كارهاي دقيق بهتر است از يك تيوب جديد استفاده نمود.

عمر مفيد تيوب به پارامترهاي زيادي بستگي دارد، به عنوان مثال نوعاً از 20 تا 100 ساعت مي‌تواند عمر مفيد متوسط فرض شود. البته با توجه به شرايط ممكن است از اين زمان سريع‌تر يا كندتر نيز سايش اتفاق بيفتد كه البته باز به شرايط كاري بستگي دارد.

پس هزينه اصلي عملياتي چه چيزي است؟

وقتي هزينه‌هايي از قبيل تيوب اختلاط و دهنه‌هاي نازل كه قطعات گران‌قيمت و فرسايشي هستند را مورد توجه قرار مي‌دهيد بايستي هزينه كل عميات را نيز در نظر گرفته و آن را با سودمندي و قدرت توليد دستگاه مقايسه كنيد وقتي شما چنين مقايسه‌اي را انجام دهيد خواهيد ديد كه دستگاه جت مواد ساينده شايد سودآورترين دستگاه در كارگاه شما باشد.

توجه داشته باشيد كه قيمت ساعت كار دستگاه بين 20 تا 35 دلار متغير است. البته كارگاه‌هايي نيز مشاهده شده‌اند كه به علت انجام كارهاي فوق‌العاده دقيق، ساعت كار دستگاهشان بين 500 تا 2000 دلار مي‌باشد. البته كمي غير عادي نيز مي‌باشد و همچنين گاهگاهي كارگاه‌هايي نيز ديده مي‌شوند كه كارهايي انجام مي‌دهند كه انجام آنها با ساير روش‌ها يا تقريباً غير ممكن و يا با استفاده از روش‌هايي كه بتواند جايگزين جت مواد ساينده شود، خيلي گران مي‌شود.

تلرانس‌ها و دقت‌هاي قابل دستيابي

جهت توليد قطعات دقيق نياز به دستگاه دقيق نيز مي‌باشد. البته پارامترهاي ديگري نيز وجود دارند كه مهم و قابل توجه مي‌باشند. يك ميزكار دقيق در دقت كار تاثير دارد. فاكتور اصلي در دقت و تلرانس، نرم‌افزار دستگاه است نه سخت‌افزار آن! تلرانس قابل دستيابي به مقدار زيادي به مهارت استفاده كننده بستگي دارد. اخيراً پيشرفت‌هاي مهمي در خصوص كنترل فرآيند جهت دستيابي به تلرانس‌هاي بالاتر صورت گرفته است. دستگاه 10 سال پيش داراي تلرانس كاري بين 060/0 تا 10/0 اينچ بوده است و ليكن امروزه دستگاه‌هايي توليد شده‌اند كه قادرند قطعاتي با تلرانس 002/0 اينچ توليد كنند.

جنس قطعه كار

مواد سخت‌تر نوعاً پس از برشكاري كمتر taper شده‌اند و اين مسئله در تعيين ميزان تلرانس قابل دستيابي، قابل توجه است.

ضخامت قطعه كار

هنگامي كه ضخامت قطعه كار افزايش مي‌يابد، كنترل رفتار خروجي جت‌ ساينده در محلي كه از قطعه كار خارج مي‌شود، مشكل مي‌گردد و هر چه ضخامت قطعه كار افزايش يابد، ميزان شيب‌دار شدن و احتمال لب‌پريدگي افزايش مي‌يابد.

دقت ميزكار

واضح است است دقت بالاتر وقتي حاصل مي‌شود كه حركت ميز دقيق‌تر و قابل كنترل‌تر باشد.

استحكام و پايداري ميزكار

ارتعاشات بين سيستم حركتي و قطعه كار و ضعف در كنترل سرعت و تغيير ناگهاني در وضعيت دستگاه مي‌تواند باعث بروز عيب در قطعه كار گرديده كه اغلب witness marks ناميده مي‌شود .

كنترل جت مواد ساينده

چون اساساً ابزار برشي يك جرياني از آب پر فشار همراه با مواد ساينده است . هنگام خروج از قطعه كار حالت اريبي شكل بوجود مي‌آيد، لذا جهت حصول تلرانس و دقت لازم بايستي اين عقب‌افتادگي با كنترل مناسب جبران گردد.

اين مسلئه عقب‌افتادگي (lag) مي‌تواند در موارد ذيل بروز اشكال نمايد

الف- در اطراف منحني‌ها

هنگامي كه جت مي‌خواهد از يك مسير منحني شكل عبور نمايد، lag باعث شيب‌دار شدن مي‌گردد، بنابراين براي جلوگيري از اين امر بايستي سرعت حركت خطي مسير برش را پايين آورد و اجازه داد كه قسمت انتهايي جت و قسمت ابتدايي آن كه اين دو مابين محل ورود جت و محل خروج آن از قطعه كار قرار دارد در يك راستا قرار گرفته و از شيب‌دار شدن آن جلوگيري گردد.

ب- گوشه‌هاي داخلي

هنگامي كه جت وارد يك گوشه داخلي از مسير برش مي‌گردد بايستي سرعت پيشروي را پايين آورد تا عقب‌افتادگي قسمت انتهايي جت جبران شده و مسير برش صاف و بدون شيب‌دار شدن توليد شود در غير اين صورت احتمال افزايش شعاع گوشه وجود خواهد داشت. همچنين پس از اتمام ماشينكاري گوشه‌ها و رسيدن به خط مستقيم نبايستي سرعت پيشروي يكمرتبه افزايش يابد زيرا اين عمل باعث پس زدن ناگهاني جت و آسيب‌ديدگي قطعه كار مي‌گردد.

ج- ميزان پيشروي

هنگامي كه سرعت پيشروي كاهش داده مي‌شود، عرض مسير برش قه مقدار اندكي افزايش مي‌يابد.

د- شتاب

هر گونه حركت ناگهاني از قبيل تغيير در ميزان پيشروي به طور ناگهاني باعث آسيب‌ديدگي قطعه كار مي‌گردد. لذا بايستي براي كارهاي فوق‌العاده دقيق، شتاب به خوبي كنترل گردد.

هـ- فاصله نازل تا قطعه كار

برخي از نازل‌ها نسبت به برخي ديگر باعث شيب‌دار شدن بيشتري در مسير برش مي‌گدرد. نازل‌هاي بلندتر معمولاً شيب كمتري ايجاد مي‌نمايند، كاهش فاصله نازل تا سطح قطعه كار باعث كمتر شدن شيب مي‌گردد.

و- عرض برش

عرض برش كه همان قطر يا عرض پرتو جت مي‌باشد، مشخص مي‌كند كه تا چه حد شما مي‌توانيد گوشه‌هايي تيز و با حداقل شعاع گوشه توليد نماييد. تقريباً كوچكترين قطر پرتو جت توليد عرض برشي به پهناي 030/0 اينچ مي‌نمايد. دستگاه‌هايي با قدرت عملياتي بالاتر نيازمند نازل‌هاي بزرگتري مي‌باشد زيرا حجم آب و مواد ساينده نيز بيشتر خواهد بود.

ز- ثبات فشار پمپ

تغييرات در فشار پمپ واترجت مي‌تواند باعث ايجاد اثراتي بر روي قطعه نهايي گردد. بنابراين لازم است كه در حين انجام عمليات طوري برنامه‌ريزي گردد كه تغييرات فشار پمپ به حداقل رسيده تا از ايجاد اثرات نامطلوب بر قطعه كار جلوگيري شود و اين موضوع بخصوص در مواردي كه تلرانس مورد نظر در حدود 005/0 اينچ باشد، رعايت اين مسئله الزامي است پمپ‌هاي قديمي‌تر اغلب بيشتر باعث بروز چنين مشكلاتي مي‌شدند وليكن پمپ‌هايي كه با استفاده از سيستم ميل‌لنگ كار مي‌كنند باعث توزيع فشار يكنواخت‌تر و منظم‌تر مي‌گردند.

ح- تجربه اپراتور

با توجه به فاكتورهاي ذكر شده سيستم جت مواد ساينده قادر است قطعات را با تلرانسي از 020/0 اينچ تا 001/0 اينچ توليد نمايد. امتياز و برتري يك دستگاه جت مواد ساينده نسب به نوع مشابه خود، در سهولت دستيابي به تلرانس‌هاي مذكور مي‌باشد در صورتي كه نازل بتواند در هر موقعيت لازم نسبت به محورهاي x و y با تلرانس 01/0 اينچ قرار گيرد، بنابراين شما مي‌توانيد قطعه‌اي با ضخامت 5/0 اينچ را با تلرانس 002/0 اينچ توليد نماييد. علاوه بر مطالب فوق، تجربه اپراتور نيز حائز اهميت مي‌باشد.

4-ماشين های برش و حکاکی ليزری

مشخصات کلی ماشين های برش و حکاکی ليزری

       قابليت برش و حکاکی مواد غيرفلزی ( برخی از دستگاه ها قابليت برش مواد فلزی را نيز دارند )

       دقت بسيار بالا

       قيمت نسبتا پايين

       با هزينه نگهداری پايين

دستگاه های برش و حکاکی ليزری، که در ميان مردم با نام های مختلفی مثل دستگاه های ليزر، دستگاه های چاپ ليزر، دستگاه های برش ليزر، دستگاه های حک ليزری يا دستگاه های حکاکی ليزری شناخته می شوند، دستگاه های پيشرفته ای هستند که از آن ها برای مقاصد متعدد و در صنايع مختلف استفاده می شود. مهم ترين ويژگی های اين دستگاه ها عبارتند از :

          سرعت بالای برش و حکاکی

          دقت بالا در فرآيندهای برش و حکاکی

          عدم نياز به دخالت دست

          سهولت تبديل طرح طراحی شده به محصول

          انعطاف پذيری بالا

          امکان کار بر روی طيف وسيعی از مواد

 منابع:

1-كتاب نمونه‌سازي و ابزارسازي سريع، دكتر عبدالرضا سيم‌چي، مهندس اميرحسين توكلي

2-كتاب فناوري نمونه‌سازي سريع، دكتر صادق رحمتي، مهندس مجتبي سليمي

3- سايت دانشکده ی مهندسی صنايع دانشگاه علم و صنعت

4- پايگاه اطلاع‌رسانی مهندسی ساخت و توليد ايران

صنایع چوب ، دستگاه جوش